[論文レビュー] Energy Dependence of Moments of Net-Proton and Net-Charge Multiplicity Distributions at STAR

X. Luo|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 38

ひとこと要約

本論文は、RHICのビームエネルギースキャン（BES-I）におけるAu+Au衝突において、時間飛行検出器を用いた拡張された $p_T$ 覆 盖（最大2 GeV/c）により、ニュートロンとネットチャージ多重度モーメントのエネルギー依存性を提示する。主な結果は、ネットプロトンフラクチュエーションにおける非単調な $ olimits\kappa\sigma^2$ 偏りであり、19.6および27 GeVでは著しく1未塔、7.7 GeVでは1を超えて急激に増加する。これは、QCD相転移付近の臨界点信号を示唆している。

ABSTRACT

We present the energy dependence of moments of net-proton and net-charge multiplicity distributions in Au+Au collisions measured by the STAR experiment in the first phase of the Beam Energy Scan (BES) at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). By using the time of flight detector for particle identification, the upper transverse momentum ($p_{T}$) limit for proton and anti-proton is extended from 0.8 GeV/c up to 2 GeV/c. The $p_{T}$ and rapidity acceptance dependence study for the moments of net-proton distribution show that the larger the acceptance is, the greater the deviation from unity. The most pronounced structure is found in the energy dependence of {\\KV} of net-proton distributions from the $0\\sim5%$ most central collisions within $0.4<p_{T}<2$ GeV/c and at mid-rapidity $|y|<0.5$. At energies above 39 GeV, the values of {\\KV} are close to unity and for energies below 39 GeV, it shows significant deviation below unity around 19.6 and 27 GeV, then a large increase above unity is observed at 7.7 GeV.

研究の動機と目的

• RHIC BES-IにおけるAu+Au衝突におけるネットプロトンおよびネットチャージ多重度分布の高次モーメントのエネルギー依存性を調査すること。
• 保存量のフラクチュエーションを用いて、QCD相構造を調べ、QCD臨界点を探索すること。
• 補正された累積量技術を用いて、中心性ビン幅および分解能効果に起因する系統的バイアスを低減すること。
• 特に高-$p_T$領域における、検出器の受容域および効率がネットプロトンモーメント測定に与える影響を評価すること。
• モデル比較を用いて、非臨界寄与（例：共鳴状態の崩壊、ハドロン散乱）がネットプロトンおよびネットチャージフラクチュエーションに与える影響を評価すること。

提案手法

• 時間飛行（ToF）検出器を用いて粒子同定を行い、陽子／反陽子の $p_T$ 受容域を最大2 GeV/cまで拡張した。
• 有限の中心性ビンにおける体積フラクチュエーション効果を軽減するため、イベント重み付き累積量平均を用いた中心性ビン幅補正を適用した。
• ネットプロトンモーメント解析における位相空間受容域および統計誤差推定の両方を統合的に補正するための同一化された効率補正手法を実装した。
• 統計誤差を推定するためにデルタ定理を用い、分布の幅を考慮して $\Delta(C_n) \sim \sigma^n$ のスケーリングを適用した。
• 実験的モーメントをポisson（スケルラム）分布および負の二項分布と比較し、非ポisson的挙動を評価した。
• $p_T$ およびラピディティ受容域依存性の研究を実施し、 $ olimits\kappa\sigma^2$ の1からのずれを定量的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ネットプロトン分布のエネルギー依存性における $\kappa\sigma^2$ はBES-Iエネルギー範囲内でどのように変化するか。また、臨界点を示唆する非単調な挙動を示すか。
• RQ2 $p_T$ およびラピディティ受容域の制限は、ネットプロトン分布の測定モーメントにどの程度影響を及ぼすか。また、$ olimits\kappa\sigma^2$ の1からのずれにどのように寄与するか。
• RQ3 非臨界寄与（例：共鳴状態の崩壊、ハドロン散乱）は、測定されたネットプロトンおよびネットチャージモーメントにどのように影響を及ぼすか。また、観測されたずれを説明できるか。
• RQ4 ネットチャージモーメントは統計誤差が大きいにもかかわらず、明確な非単調構造を示さないのはなぜか。理論的期待値と比較するとどうなるか。
• RQ5 検出器効率および受容域補正は、高多重度・中心的衝突における信頼性の高い累積量測定を確保するために果たす役割は何か。

主な発見

• 0–5%最も中心的であるAu+Au衝突におけるネットプロトン分布の $ olimits\kappa\sigma^2$ は、顕著な非単調なエネルギー依存性を示す。39 GeV以上のエネルギーでは、値が1に近い。
• 19.6および27 GeVでは、$ olimits\kappa\sigma^2$ が1未塔に著しくずれており、臨界点付近の臨界遅れの影響と整合する抑制されたフラクチュエーションを示している。
• 最低エネルギーの7.7 GeVでは、$ olimits\kappa\sigma^2$ が1を超えて急激に増加し、臨界相関に起因する可能性のある増強されたフラクチュエーションを示唆している。
• より大きな $p_T$ およびラピディティ受容域は、$ olimits\kappa\sigma^2$ の1からのずれを大きくし、信号が運動量領域に依存することの感受性を強調している。
• ネットチャージモーメントは現在の統計では明確な非単調構造を示さず、負の二項分布はポisson分布よりもデータをよく記述している。
• 共鳴状態の崩壊効果は、ネットプロトン $ olimits\kappa\sigma^2$ に対してわずか (~2%) にとどまり、無視できるが、ネットチャージモーメントに対しては顕著な可能性があり、今後の解析では注意深いモデル化が不可欠である。